旋耕機及其理論計算

1、第二節(jié) 旋耕機及其理論計算,一. 旋耕機的基本構(gòu)成 二. 旋耕機的工作原理 三. 旋耕機的作業(yè)特點 四. 旋耕機的主要類型 五. 旋耕機刀片的運動分析 六. 旋耕機作業(yè)質(zhì)量控制 七. 旋耕機的刀片形狀 八. 旋耕機的功率消耗,旋耕機應用的歷史較短，用途不一，有些國家和地區(qū)作為耕地機械使用，有的用作整地機械，山東省及周邊地區(qū)大多用于耕后松碎土壤和整平地表。在我國應用量逐年增加，尤其是北方干旱地區(qū)。,旋耕機他是一種工作部件主動旋轉(zhuǎn)，以銑切原理加工土壤的耕耘機械。,一. 旋耕機的基本構(gòu)成,組成：機架、傳動裝置、刀輥、擋土罩、平地拖板等。,1.主梁 2.懸掛架 3.齒輪箱 4.側(cè)邊傳動箱 5.平土拖板

2、 6.擋土罩 7.支撐桿 8.刀軸 9.旋耕刀,二. 旋耕機的工作原理,旋耕機刀片在動力的驅(qū)動下一邊旋轉(zhuǎn)，一邊隨機組直線前進，在旋轉(zhuǎn)中切入土壤，并將切下的土塊向后拋擲，與擋土板撞擊后進一步破碎并落向地表，然后被拖板拖平。,三. 旋耕機的作業(yè)特點,旋耕機的作業(yè)特點具有碎土能力強、平整度高、對土壤的適應性好、縱向尺寸短、耕深小、功耗大、幅寬小、效率低。,四. 旋耕機的主要類型,1.按與動力連接方式分：牽引式、懸掛式、直連式。,2、按刀軸安置方向分：橫軸式、立軸式、斜軸式。,1.主梁 2.懸掛架 3.齒輪箱 4.側(cè)邊傳動箱 5.平土拖板 6.擋土罩 7.支撐桿 8.刀軸 9.旋耕刀,3.按動力傳遞路

3、線分：側(cè)邊傳動、中間傳動。,側(cè)邊傳動,中間傳動,五. 旋耕機刀片的運動分析,旋耕機工作時，刀片一邊繞軸正向旋轉(zhuǎn)，一邊隨機組作直線運動，因此，刀片的絕對運動軌跡是一條由旋轉(zhuǎn)運動與直線運動合成的數(shù)學擺線，但是，由于二者之間的數(shù)值組合不同，其合成后的擺線形狀存在較大的差異，并且對旋耕機最終的工作結(jié)果產(chǎn)生不同的影響，我們研究并分析旋耕機刀片的運動軌跡的目的就在于確定適用于旋耕機正常工作的條件及其量化指標。,1、刀片的絕對運動軌跡（定性分析）,設：r旋耕機刀片端點的最大回轉(zhuǎn)半徑 vm機組前進速度 刀片回轉(zhuǎn)角速度 t 時間函數(shù),令：vd刀片端點的切向速度； vd=r，令速比為：= vd / vm 。,根據(jù)

4、已知條件作圖的方式確定刀片的絕對運動軌跡,x,y,2r,o,m,o/,h,m,m點的運動方程：,不同速比對旋耕機工作質(zhì)量的影響,由于速比的不同，其運動軌跡形狀也不同，有三種情況：,我們考察一下這3種情況分別對旋耕機正常工作有那些影響，從而定性地決定旋耕機正常工作的基本條件。,根據(jù)旋耕機工作的特點我們了解到，旋耕機刀片先是切土，然后向后拋土，這一基本動作就需要旋耕機刀片從入土開始到拋土結(jié)束并抬離地面，其絕對運動軌跡上的任意一點的絕對速度的水平分速vx指向后方，既vx0。三種速比下的刀片絕對運動軌跡是否都能滿足上述要求呢？我們做一下對比分析：,1.平土拖板 2.拉鏈 3.擋土罩 4.傳動箱 5.齒

5、輪箱 6.懸掛架 7.上拉桿 8.萬向節(jié) 9.下拉桿 10.旋耕刀,通過做圖分析發(fā)現(xiàn)，只有1余擺線時刀片才能滿足向后拋土的條件，并且只是軌跡最大玄長以下部分才能滿足，設計和應用時要特別注意，刀片的工作深度不能超過這個范圍。影響最大玄長高度的因素主要是刀片的尺寸、機組的前進速度和刀片的回轉(zhuǎn)速度，既值。,在結(jié)構(gòu)參數(shù)不變的情況下，值越大，軌跡最大玄長的值越大，其位置就越靠上，當=時，刀片端點的絕對運動軌跡為一數(shù)學圓，最大玄長在橫軸處，耕深可達最大值，但這是不可能的，因為此時機組不能前進，而是原地扒窩。因此，1是旋耕機正常工作的定性條件。,在余擺線條件下，速比不同其刀片運動軌跡形狀也不同,2.機組速度

6、vm與刀片旋轉(zhuǎn)速度的配合（定量分析）,上述分析只是定性的確定了刀片滿足旋耕機正常工作的基本條件1。實際上，的數(shù)值不同其形狀差別很大，對工作質(zhì)量和工作性能也有較大的影響，主要影響因素是機組速度vm與刀片旋轉(zhuǎn)速度的大小和配合程度，必須找出他們之間的函數(shù)關(guān)系，然后加以量化處理。,設：m點為刀片入土點，從開始入土到拋土結(jié)束并抬離地面均滿足旋耕機正常工作的條件，則有：,要滿足向后拋土的條件，刀片絕對運動軌跡上任意一點的絕對速度的水平分速 vx0，根據(jù)上述方程，令：,代入上式，得：,（定量）,結(jié)論：旋耕機正常工作必須同時滿足定性和定量二個條件，既：,定性條件： 1 （余擺線）,定量條件：,或：,上述公式主

7、要反映了結(jié)構(gòu)參數(shù)與運動參數(shù)對耕深的影響。如：r的變化對耕深的影響，我們很容易理解，但、vm對h的影響就有些抽象了。實際上，前面我們已經(jīng)做過解釋：和vm決定了值的大小，決定了刀片運動軌跡的形狀。,問題：速比值為什么對耕深產(chǎn)生影響？,因為越大，其形狀的最大玄長值也就越大，位置也越靠上，能滿足耕深的軌跡高度越大。當時，vm0，（=r / vm），能滿足向后拋土的軌跡高度為半徑r。既h = r，反之，耕深就小，當0時，vm，=0，絕對運動軌跡為一條直線，沒有環(huán)扣，也就無法向后拋土。,旋耕機運動參數(shù)的一般取值范圍,vm = 0.51.5 m/s n = 190280 r/min h=816 cm,由于國

8、外多采用大功率拖拉機，刀片材料好，旋耕機的工作深度可達 2025cm，完全可以取代犁耙作業(yè)，減少拖拉機的進地次數(shù)，保護土壤不受更大的破壞。,六. 旋耕機作業(yè)質(zhì)量控制,由于旋耕機工作時是以銑切原理加工土壤的，這就使得刀軸上同一個回轉(zhuǎn)平面內(nèi)的刀片在相繼入土和切削土壤的過程是間歇的。設：安裝在刀軸上的同一個回轉(zhuǎn)平面內(nèi)的刀片數(shù)量為z。,隨著第一把刀在a點入土，刀片一面旋轉(zhuǎn)，一面隨機組直線前進，t時刻后，安裝在同一個回轉(zhuǎn)平面內(nèi)的第二把刀開始在b點入土，那么，ab=s，定義為旋耕機刀片的切土節(jié)距。x一把刀在縱垂面內(nèi)所能切土的厚度。,a,b,s,s = vmt,旋耕機切土節(jié)距安裝在同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)的刀片在轉(zhuǎn)過

9、相應安裝角時間內(nèi)機組所前進的距離。,設：同一安裝平面內(nèi)相鄰刀片的安裝角； z同一安裝平面內(nèi)均勻安裝的刀片數(shù)； vm機組前進速度，m/s ； 刀片回轉(zhuǎn)角速度，r/s；,同一安裝平面內(nèi)相鄰二刀片相繼入土的時間間隔為 ：,由上式可以看出，改變z、vm 均可使s發(fā)生變化。一般來說，s越小越好，若使s小，可通過增加z、n或減少vm的方法獲得，但是，z的過分增加易造成土壤雜草的堵塞，n的增加也將造成功率的消耗，vm的減少使生產(chǎn)效率下降，所以，在確定各個參數(shù)時要通盤考慮，一般情況下，通過適當?shù)母淖僴和vm來達到不同整地要求的作業(yè)。,目前，國產(chǎn)旋耕機的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運動參數(shù)均有一定的確定范圍，以免在使用過程中出現(xiàn)

10、不必要的失誤。具體如下： z=24 s=1012 cm 旱地作業(yè) s=46 cm 粘重土壤和雜草地 s=89 cm 水田地,七.旋耕機的刀片形狀,旋耕刀是旋耕機的主要工作部件，刀片的形狀和參數(shù)對旋耕機的工作質(zhì)量、功率消耗影響很大。為適應不同土壤旋耕作業(yè)的需要，人們對旋耕刀的形狀和結(jié)構(gòu)進行了大量的研究。目前，臥式旋耕機上使用的旋耕刀主要有三大類：,鑿形刀、直角刀、彎形刀,鑿形刀：只有正面刃口，工作時鑿尖首先從外部刺入土讓壤，然后在刀身的作用下使土壤破碎。入土能力強，松碎效果好，但容易纏草。,直角刀：直角刀刀刃口由正切刃和側(cè)切刃組成，兩刃口相交成 90o 左右，工作時先由正切刃從橫向切開土壤，再由

11、側(cè)切刃由外向里逐漸切出土垡的側(cè)面。刀身寬，剛性好，有一定的工作寬度，容易加工制造，但易纏草。,彎形刀：彎形刀刃口由正切刃和側(cè)切刃組成，但刃口不是直線而是曲線，其中，側(cè)切刃口曲線為阿基米德螺線。工作時先由側(cè)切刃沿縱向切開土壤，并先由刀片根部向外滑切，然后再由正切刃從橫向切開土垡。切削阻力小，不易纏草，生產(chǎn)成本高。,側(cè)切忍,正切刃,刀片在刀軸上的安裝：螺旋線排列,八. 旋耕機的功率消耗,式中：nq切土功耗 np拋土功耗 nt旋耕機前進功耗 nf傳動及摩擦功耗 nn克服土壤水平反力功耗,說明：旋耕機刀片正轉(zhuǎn)時有推進機組前進的作用， nn為負值；反之取正值。,旋耕機的功率消耗主要包括刀片的土壤切削、土塊拋擲、傳動等，其中，切土和拋土所消耗的功率占總功率消耗的80%以上，其它可忽略不計。功率消耗表達式如下：,設：kr旋耕土壤比阻（kg/cm2），1.21.6，與耕深有關(guān)，耕深大選大值；,b工作幅寬，m ； h工作深度，cm； vm機組速度，m/s